Princeton 4300 User Manual

50 

PI-SCX System Manual 

Version 2.E 

 

50 

The upper left drawing in Figure 19 

represents a CCD after exposure but 

before the beginning of readout. The 

capital letters represent different 

amounts of charge, including both 

signal and dark charge. This section 

explains readout at full resolution, 

where every pixel is digitized 

separately.  
Readout of the CCD begins with the 

simultaneous shifting of all pixels 

one row toward the “shift register,” 

in this case the row at the top. The 

shift register is a single line of 

pixels along one edge of the CCD, 

not sensitive to light and used for 

readout only. Typically the shift 

register pixels hold twice as much 

charge as the pixels in the imaging 

area of the CCD.  
After the first row is moved into the 

shift register, the charge now in the 

shift register is shifted toward the  

 

output node, located at one end of the shift register. As each value is “emptied” into the 

output it is digitized. Only after all pixels in the first row are digitized is the second row 

moved into the shift register. The order of shifting in our example is therefore A1, B1, 

C1, D1, A2, B2, C2, D2, A3 .... 
After charge is shifted out of each pixel the remaining charge is zero, meaning that the 

array is immediately ready for the next exposure.  
A subsection of the CCD can be read out at full resolution, sometimes dramatically increasing 

the readout rate while retaining the highest resolution in the region of interest (ROI). Note that 

some overhead time is required to shift out and discard the unwanted pixels.  

Binning is the process of adding the data from adjacent pixels together to form a single 

pixel (sometimes called a super pixel), and it can be accomplished in either hardware or 

software. Rectangular groups of pixels of any size may be binned together, subject to 

some hardware and software limitations.  

Hardware binning is performed on the CCD array before the signal is read out of the 

output amplifier. For signal levels that are readout noise limited this method improves 

S/N ratio linearly with the number of pixels grouped together. For signals large enough to 

render the camera photon shot noise limited, the S/N ratio improvement is roughly 

proportional to the square root of the number of pixels binned.  
Binning also reduces readout time and the burden on computer memory, but at the 

expense of resolution. Since shift register pixels typically hold only twice as much charge